Fisika Brain - Pembahasan soal fisika tentang usaha dan energi potensial. Kumpulan soal ini membahas hubungan antara usaha, perubahan ketinggian, dan perubahan energi potensial. Soal pilihan berganda ini disusun sedemikian rupa agar membantu murid memahami hubungan antara usaha dan perubahan energi potensial serta beberapa besaran lain yang sering muncul seperti ketinggian, percepatan, dan sebagainya.
Pada kesempatan ini, model soal yang akan dibahas antara lain menentukan hubungan usaha dengan perubahan energi potensial, menentukan usaha oleh gaya berat pada gerak vertikal, menentukan perubahan energi potensial pada gerak jatuh bebas, menentukan ketinggian benda jika energi potensial diketahui, dan menentukan energi potensial benda jika energi kinetiknya diketahui.
A. 600 Joule
B. 800 Joule
C. 900 Joule
D. 1000 Joule
E. 1200 Joule
Petunjuk penyelesaian:
Ketika sebuah gaya bekerja pada sebuah benda di atas bidang datar dan menyebabkan benda berpindah sejauh s meter, maka besar usaha yang dilakukan oleh gaya tersebut adalah:
⇒ W = F . s
Keterangan :
W = usaha yang dilakukan oleh gaya (J)
F = gaya yang melakukan usaha (N)
s = perpindahan benda (m).
Akan tetapi, ketika gaya bekerja pada benda dan menyebabkan benda berpindah dalam arah vertikal, maka benda akan mengalami perubahan ketinggian. Dengan demikian, perpindahan benda sama dengan perubahan ketinggiannya.
⇒ W = F . s
⇒ W = F . Δh
⇒ W = mg . Δh
⇒ W = ΔEp
Keterangan :
W = usaha yang dilakukan (J)
ΔEp = perubahan energi potensial (J)
Berdasarkan soal:
Dik : m = 80 kg, h = 1,5 m, g = 10 m/s2
Dit : W = ....?
Hubungan usaha dan energi potensial:
⇒ W = m.g.Δh
⇒ W = 80 (10) (1,5 - 0)
⇒ W = 800 (1,5)
⇒ W = 1200 J
Contoh #2
Sebuah bola pejal massanya 0,8 kg dilempar vertikal keatas. Jika energi potensial bola pada ketinggian maksimum adalah 80 J dan percepatan gravitasi = 10 m/s², maka ketinggian maksimum yang dicapai bola tersebut adalah ....
A. 20 meter
B. 15 meter
C. 10 meter
D. 8 meter
E. 6 meter
Lihat jawaban >>
A. 500 J
B. 400 J
C. 100 J
D. -400 J
E. -500 J
Petunjuk penyelesaian:
Soal ini dapat diselesaikan dengan menggunakan konsep perubahan energi kinetik atau energi potensial. Pada kesempatan ini, kita akan menyelesaikannya menggunakan konsep energi potensial. Seperti yang telah dibahas sebelumnya, usaha sama dengan perubahan energi potensial.
⇒ W = ΔEp
⇒ W = mg .Δh
⇒ W = mg (h - ho)
Keterangan :
W = usaha yang dilakukan (J)
ΔEp = perubahan energi potensial (J)
h = ketinggian benda setelah t detik (m)
ho = ketinggian mula-mula benda (m)
Berdasarkan soal :
Dik : m = 2kg, Vo = 30 m/s, t = 1 s, ho = 0
Dit : W = .... ?
Ketinggian benda setelah 1 detik:
⇒ h = Vo.t - ½g.t2
⇒ h = 30(1) - ½ (10) 12
⇒ h = 30 - 5
⇒ h = 25
Usaha yang dilakukan oleh gaya berat ketika benda begerak ke atas bernilai negatif. Tanda negatif menunjukkan bahwa arah gaya berat berlawanan arah dengan arah gerak benda.
⇒ W = -ΔEp
⇒ W = - mg.Δh
⇒ W = - 2 (10) (25 - 0)
⇒ W = -500 J
Contoh #4
Sebuah mobil bermassa 500 kg yang mula-mula diam, bergerak lurus dengan percepatan konstan sebesar 2 m/s2. Usaha yang diubah menjadi energi kinetik setelah 4 detik sama dengan ....
A. 16 kJ
B. 18 kJ
C. 24 kJ
D. 36 kJ
E. 50 kJ
Lihat jawaban >>
A. 100 Joule
B. 80 Joule
C. 60 Joule
D. 50 Joule
E. 40 Joule
Petunjuk penyelesaian:
Dalam proses jatuhnya buah kelapa, buah mengalami gerak jatuh bebas dengan kecepatan awal nol. Proses tersebut menyebabkan buah kelapa mengalami perubahan ketinggian dan perubahan energi potensial. Buah jatuh karena pengaruh gravitasi sehingga gaya yang melakukan usaha adalah gaya berat.
Karena ggaya berat bekerja searah dengan arah perpindahan benda, maka usaha yang dilakukan oleh gaya berat dalam peristiwa ini bernilai positif. Oleh karena itu, berlaku hubungan sebagai berikut:
⇒ W = -ΔEp
⇒ W = -mg .Δh
Berdasarkan soal:
Dik : m = 1 kg, ho = 8 m, ht = 0, g = 9,8 m/s2
Dit : W = ....?
Sesuai dengan rumus di atas, maka:
⇒ W = - mg .Δh
⇒ W = - 1 (10) (0 - 8)
⇒ W = - 10 (-8)
⇒ W = 80 J
Contoh #6
Sebuah gaya 40 N bekerja yang pada sebuah benda 10 kg di atas permukan bidang datar membentuk sudut 37o terhadap horizontal. Koefisien gesekan antara benda dan permukaan bidang adalah 0,2. Jika gaya tersebut menyebabkan benda berpindah sejauh 5 meter, maka usaha total yang dilakukan oleh gaya-gaya dalam proses tersebut adalah ....
A. 100 J
B. 102 J
C. 125 J
D. 150 J
E. 200 J
Lihat jawaban >>
A. 45 meter
B. 42 meter
C. 40 meter
D. 30 meter
E. 20 meter
Petunjuk penyelesaian:
Dengan asumsi bahwa bola jatuh bebas tanpa diberi kecepatan awal (Doni tidak memberikan gaya lempar), maka gaya yang melakukan usaha dalam proses tersebut adalah gaya berat. Karena gaya berat searah dengan arah perpindahan, maka usahanya bernilai positif.
Berdasarkan soal:
Dik : m = 0,5 kg, g = 10 m/s2, W = 200 J
Dit : Δh = ... ?
Hubungan usaha dengan perubahan energi potensial:
⇒ W = ΔEp
⇒ W = m.g.Δh
⇒ 200 = 0,5 (10) Δh
⇒ 200 = 5 Δh
⇒ Δh = 200/5
⇒ Δh = 40 m
Contoh #8
Andi menjatuhkan sebuah batu dari ketinggian 20 meter sehingga batu bergerak jatuh bebas. Jika percepatan gravitasi di tempat itu 10 m/s2, maka kecepatan batu setelah berpindah sejauh 5 meter dari posisi awalnya adalah ....
A. 10√3 m/s
B. 10 m/s
C. 8 m/s
D. 5√3 m/s
E. 5 m/s
Lihat jawaban >>
A. 1500 J
B. 1200 J
C. 1000 J
D. 800 J
E. 500 J
Petunjuk penyelesaian:
Soal ini dapat diselesaikan dengan konsep usaha dan konsep gerak vertikal. Pada kesempatan ini kita hanya akan menyelesaikannya dengan konsep usaha. Saat benda bergerak vertikal ke atas, usaha akan sama dengan besar perubahan energi potensial benda.
Besar usaha juga sama dengan perubahan energi kinetik benda sehingga berlaku:
⇒ W = ΔEp
⇒ ΔEk = ΔEp
Keterangan :
W= usaha yang dilakukan (J)
ΔEk = perubahan energi kinetik (J)
ΔEp = perubahan energi potensial (J)
Berdasarkan soal:
Dik : m = 10 kg, Vo = 20 m/s, Vt = 10 m/s
Dit : Ep = .... ?
Usaha yang dilakukan:
⇒ W = ΔEk
⇒ W = ½ m (Vt2 - Vo2)
⇒ W = ½ 10 (102 - 202)
⇒ W = 5 (100 - 400)
⇒ W = 5 (-300)
⇒ W = -1.500 J
Tanda negatif menunjukkan bahwa usaha tersebut dilakukan oleh gaya yang arahnya berlawanan dengan arah gerak benda. Dalam hal ini gaya yang melakukan usaha adalah gaya berat.
Energi potensial benda:
⇒ W = ΔEp
⇒ W = Ep - Epo
⇒ W = Ep - 0
⇒ Ep = W
⇒ Ep = 1500 J
Contoh #10
Untuk pembangkit listrik tenaga air, pemerintah memanfaatkan air terjun setinggi 40 meter. Setiap detik, air mengalir sebanyak 20 m3. Jika daya rata-rata yang dihasilkan oleh generator adalah 4.800 kW, maka efisiensi generator tersebut adalah ....
A. 80%
B. 70%
C. 60%
D. 55 %
Lihat jawaban >>
Pada kesempatan ini, model soal yang akan dibahas antara lain menentukan hubungan usaha dengan perubahan energi potensial, menentukan usaha oleh gaya berat pada gerak vertikal, menentukan perubahan energi potensial pada gerak jatuh bebas, menentukan ketinggian benda jika energi potensial diketahui, dan menentukan energi potensial benda jika energi kinetiknya diketahui.
Contoh #1 : Hubungan Usaha & Perubahan Energi Potensial
Sebuah peti bermassa 80 kg dinaikkan dari tanah ke atas truk menggunakan bidang miring. Jika tinggi truk 1,5 meter dan percepatan gravitasi 10 m/s2, maka besar usaha yang harus dilakukan untuk menaikkan peti tersebut adalah ....A. 600 Joule
B. 800 Joule
C. 900 Joule
D. 1000 Joule
E. 1200 Joule
Petunjuk penyelesaian:
Ketika sebuah gaya bekerja pada sebuah benda di atas bidang datar dan menyebabkan benda berpindah sejauh s meter, maka besar usaha yang dilakukan oleh gaya tersebut adalah:
⇒ W = F . s
Keterangan :
W = usaha yang dilakukan oleh gaya (J)
F = gaya yang melakukan usaha (N)
s = perpindahan benda (m).
Akan tetapi, ketika gaya bekerja pada benda dan menyebabkan benda berpindah dalam arah vertikal, maka benda akan mengalami perubahan ketinggian. Dengan demikian, perpindahan benda sama dengan perubahan ketinggiannya.
⇒ W = F . s
⇒ W = F . Δh
⇒ W = mg . Δh
⇒ W = ΔEp
Keterangan :
W = usaha yang dilakukan (J)
ΔEp = perubahan energi potensial (J)
Berdasarkan soal:
Dik : m = 80 kg, h = 1,5 m, g = 10 m/s2
Dit : W = ....?
Hubungan usaha dan energi potensial:
⇒ W = m.g.Δh
⇒ W = 80 (10) (1,5 - 0)
⇒ W = 800 (1,5)
⇒ W = 1200 J
Jawaban : E
Contoh #2
Sebuah bola pejal massanya 0,8 kg dilempar vertikal keatas. Jika energi potensial bola pada ketinggian maksimum adalah 80 J dan percepatan gravitasi = 10 m/s², maka ketinggian maksimum yang dicapai bola tersebut adalah ....
A. 20 meter
B. 15 meter
C. 10 meter
D. 8 meter
E. 6 meter
Lihat jawaban >>
Contoh #3 : Usaha Oleh Gaya Berat pada Gerak Vertikal
Sebuah benda bermassa 2 kg bergerak vertikal ke atas dengan kecepatan awal 30 m/s. Usaha yang dilakukan oleh gaya berat pada benda yang sudah bergerak selama 1 detik adalah ...A. 500 J
B. 400 J
C. 100 J
D. -400 J
E. -500 J
Petunjuk penyelesaian:
Soal ini dapat diselesaikan dengan menggunakan konsep perubahan energi kinetik atau energi potensial. Pada kesempatan ini, kita akan menyelesaikannya menggunakan konsep energi potensial. Seperti yang telah dibahas sebelumnya, usaha sama dengan perubahan energi potensial.
⇒ W = ΔEp
⇒ W = mg .Δh
⇒ W = mg (h - ho)
Keterangan :
W = usaha yang dilakukan (J)
ΔEp = perubahan energi potensial (J)
h = ketinggian benda setelah t detik (m)
ho = ketinggian mula-mula benda (m)
Berdasarkan soal :
Dik : m = 2kg, Vo = 30 m/s, t = 1 s, ho = 0
Dit : W = .... ?
Ketinggian benda setelah 1 detik:
⇒ h = Vo.t - ½g.t2
⇒ h = 30(1) - ½ (10) 12
⇒ h = 30 - 5
⇒ h = 25
Usaha yang dilakukan oleh gaya berat ketika benda begerak ke atas bernilai negatif. Tanda negatif menunjukkan bahwa arah gaya berat berlawanan arah dengan arah gerak benda.
⇒ W = -ΔEp
⇒ W = - mg.Δh
⇒ W = - 2 (10) (25 - 0)
⇒ W = -500 J
Jawaban : E
Contoh #4
Sebuah mobil bermassa 500 kg yang mula-mula diam, bergerak lurus dengan percepatan konstan sebesar 2 m/s2. Usaha yang diubah menjadi energi kinetik setelah 4 detik sama dengan ....
A. 16 kJ
B. 18 kJ
C. 24 kJ
D. 36 kJ
E. 50 kJ
Lihat jawaban >>
Contoh #5 : Perubahan Energi Potensial pada Gerak Jatuh Bebas
Buah kelapa bermassa 1 kg jatuh dari ketinggian 8 meter di atas permukaan tanah. Jika percepatan gravitasi di tempat itu adalah 9,8 m/s2 dan gesekan udara diabaikan, maka usaha yang dilakukan oleh gaya berat adalah ....A. 100 Joule
B. 80 Joule
C. 60 Joule
D. 50 Joule
E. 40 Joule
Petunjuk penyelesaian:
Dalam proses jatuhnya buah kelapa, buah mengalami gerak jatuh bebas dengan kecepatan awal nol. Proses tersebut menyebabkan buah kelapa mengalami perubahan ketinggian dan perubahan energi potensial. Buah jatuh karena pengaruh gravitasi sehingga gaya yang melakukan usaha adalah gaya berat.
Karena ggaya berat bekerja searah dengan arah perpindahan benda, maka usaha yang dilakukan oleh gaya berat dalam peristiwa ini bernilai positif. Oleh karena itu, berlaku hubungan sebagai berikut:
⇒ W = -ΔEp
⇒ W = -mg .Δh
Berdasarkan soal:
Dik : m = 1 kg, ho = 8 m, ht = 0, g = 9,8 m/s2
Dit : W = ....?
Sesuai dengan rumus di atas, maka:
⇒ W = - mg .Δh
⇒ W = - 1 (10) (0 - 8)
⇒ W = - 10 (-8)
⇒ W = 80 J
Jawaban : B
Contoh #6
Sebuah gaya 40 N bekerja yang pada sebuah benda 10 kg di atas permukan bidang datar membentuk sudut 37o terhadap horizontal. Koefisien gesekan antara benda dan permukaan bidang adalah 0,2. Jika gaya tersebut menyebabkan benda berpindah sejauh 5 meter, maka usaha total yang dilakukan oleh gaya-gaya dalam proses tersebut adalah ....
A. 100 J
B. 102 J
C. 125 J
D. 150 J
E. 200 J
Lihat jawaban >>
Contoh #7 : Menentukan Ketinggian Jika Energi Diketahui
Dari atap sebuah gedung, Doni menjatuhkan sebuah bola bermassa 0,5 kg. Jika percepatan gravitasi di tempat itu adalah 10 m/s2 dan usaha yang dilakukan oleh gaya berat sampai bola menyentuh tanah adalah 200 Joule, maka ketinggian gedung tersebut sama dengan ....A. 45 meter
B. 42 meter
C. 40 meter
D. 30 meter
E. 20 meter
Petunjuk penyelesaian:
Dengan asumsi bahwa bola jatuh bebas tanpa diberi kecepatan awal (Doni tidak memberikan gaya lempar), maka gaya yang melakukan usaha dalam proses tersebut adalah gaya berat. Karena gaya berat searah dengan arah perpindahan, maka usahanya bernilai positif.
Berdasarkan soal:
Dik : m = 0,5 kg, g = 10 m/s2, W = 200 J
Dit : Δh = ... ?
Hubungan usaha dengan perubahan energi potensial:
⇒ W = ΔEp
⇒ W = m.g.Δh
⇒ 200 = 0,5 (10) Δh
⇒ 200 = 5 Δh
⇒ Δh = 200/5
⇒ Δh = 40 m
Jawaban : C
Contoh #8
Andi menjatuhkan sebuah batu dari ketinggian 20 meter sehingga batu bergerak jatuh bebas. Jika percepatan gravitasi di tempat itu 10 m/s2, maka kecepatan batu setelah berpindah sejauh 5 meter dari posisi awalnya adalah ....
A. 10√3 m/s
B. 10 m/s
C. 8 m/s
D. 5√3 m/s
E. 5 m/s
Lihat jawaban >>
Contoh #9 : Energi Potensial jika Energi Kinetik Diketahui
Sebuah benda bermassa 10 kg bergerak vertikal ke atas dengan kecepatan awal 20 m/s. Pada saat kecepatan benda tersebut menjadi 10 m/s, maka energi potensial benda sama dengan ....A. 1500 J
B. 1200 J
C. 1000 J
D. 800 J
E. 500 J
Petunjuk penyelesaian:
Soal ini dapat diselesaikan dengan konsep usaha dan konsep gerak vertikal. Pada kesempatan ini kita hanya akan menyelesaikannya dengan konsep usaha. Saat benda bergerak vertikal ke atas, usaha akan sama dengan besar perubahan energi potensial benda.
Besar usaha juga sama dengan perubahan energi kinetik benda sehingga berlaku:
⇒ W = ΔEp
⇒ ΔEk = ΔEp
Keterangan :
W= usaha yang dilakukan (J)
ΔEk = perubahan energi kinetik (J)
ΔEp = perubahan energi potensial (J)
Berdasarkan soal:
Dik : m = 10 kg, Vo = 20 m/s, Vt = 10 m/s
Dit : Ep = .... ?
Usaha yang dilakukan:
⇒ W = ΔEk
⇒ W = ½ m (Vt2 - Vo2)
⇒ W = ½ 10 (102 - 202)
⇒ W = 5 (100 - 400)
⇒ W = 5 (-300)
⇒ W = -1.500 J
Tanda negatif menunjukkan bahwa usaha tersebut dilakukan oleh gaya yang arahnya berlawanan dengan arah gerak benda. Dalam hal ini gaya yang melakukan usaha adalah gaya berat.
Energi potensial benda:
⇒ W = ΔEp
⇒ W = Ep - Epo
⇒ W = Ep - 0
⇒ Ep = W
⇒ Ep = 1500 J
Jawaban : A
Contoh #10
Untuk pembangkit listrik tenaga air, pemerintah memanfaatkan air terjun setinggi 40 meter. Setiap detik, air mengalir sebanyak 20 m3. Jika daya rata-rata yang dihasilkan oleh generator adalah 4.800 kW, maka efisiensi generator tersebut adalah ....
A. 80%
B. 70%
C. 60%
D. 55 %
Lihat jawaban >>
0 comments :
Post a Comment